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含绝对值方程的参数取值求解:方程|x - 1| + |x - a| = 1 - a的解集中含三个整数时a的取值范围推导

含绝对值方程的参数取值求解:方程|x - 1| + |x - a| = 1 - a的解集中含三个整数时a的取值范围推导

嗨,我来帮你理清楚这个问题的思路,毕竟绝对值方程用几何意义来解确实会清晰很多,咱们一步步来拆解:

第一步:先明确方程的几何意义

我们知道,$|x - m|$在数轴上表示的是数轴上点x到点m的距离,所以方程左边$|x - 1| + |x - a|$就是数轴上任意一点x到点1和点a的距离之和,右边是$1 - a$。

首先先确定方程有解的前提:
因为左边是两个距离相加,结果必然是非负的(距离不可能是负数),所以右边$1 - a ≥ 0$,也就是$a ≤ 1$——这和你一开始想到的a不能大于1完全一致。

第二步:结合几何意义分析解的范围

我们分两种大情况讨论:

  • 当$a = 1$时,方程变成$|x - 1| + |x - 1| = 0$,也就是$2|x-1|=0$,只有x=1一个解,显然不符合“三个整数解”的要求,直接排除。
  • 当$a < 1$时,数轴上点a在点1的左边,这时候点x到1和a的距离之和的最小值就是1 - a(因为从a到1的距离就是1 - a,x在a和1之间时,到两个点的距离加起来刚好等于这段总长);如果x在a的左边或者1的右边,距离之和都会大于1 - a,等式不成立。

所以此时方程$|x - 1| + |x - a| = 1 - a$的解就是所有满足$a ≤ x ≤ 1$的实数x——这是解题的核心结论!

第三步:确定a的取值范围,让解集中包含三个整数

既然解是区间$[a, 1]$,要这个区间里有三个整数,那这三个整数只能是1、0、-1(毕竟x≤1,不可能包含2及更大的整数)。

我们来拆解具体条件:

  1. 必须让-1落在区间里:也就是$a ≤ -1$,如果a > -1,区间左端点在-1右边,那整数解就只有1和0两个,不够三个。
  2. 不能让-2落在区间里:也就是$a > -2$,如果a ≤ -2,区间左端点在-2或左边,解里就会包含-2、-1、0、1四个整数,超过三个了。
  3. 当a = -1时,区间是$[-1, 1]$,整数解刚好是-1、0、1三个,完全符合要求;当a在(-2, -1)之间时,区间左端点在-2和-1之间,整数解依然是-1、0、1三个,也符合要求。

把这些条件整合起来,就是$-2 < a ≤ -1$,和课本给的答案完全一致!

补充:用代数分段验证的思路

如果不用几何意义,用代数分段讨论也能得到相同结论,因为a ≤ 1,所以分三段:

  • 当x ≥ 1时,方程化简为$(x-1)+(x-a)=1-a$,最终得到x=1,这是一个解。
  • 当a ≤ x < 1时,方程化简为$(1-x)+(x-a)=1-a$,等式恒成立,所以这个区间内的所有x都是解。
  • 当x < a时,方程化简为$(1-x)+(a-x)=1-a$,得到x=a,但x < a,所以这个解不存在。

最终还是得到解为$a ≤ x ≤1$,后续确定a范围的逻辑和几何方法完全一致。

备注:内容来源于stack exchange,提问作者curioushuman

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